JP2019019957A - シフトレンジ制御装置 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、突き当て制御を行うことなく、高精度の位置決め制御を実現可能であるシフトレンジ制御装置を提供することにある。
(第1実施形態)
図1および図2に示すように、シフトレンジ切替システムとしてのシフトバイワイヤシステム1は、モータ10、シフトレンジ切替機構20、パーキングロック機構30、および、シフトレンジ制御装置40等を備える。
モータ10は、図示しない車両に搭載されるバッテリから電力が供給されることで回転し、シフトレンジ切替機構20の駆動源として機能する。本実施形態のモータ10は、永久磁石式のDCブラシレスモータである。
本実施形態では、出力軸15の回転位置を検出する出力軸センサが省略されている。
ディテントプレート21は、出力軸15に固定され、モータ10により駆動される。本実施形態では、ディテントプレート21がディテントスプリング25の基部から離れる方向を正回転方向、基部に近づく方向を逆回転方向とする。
ディテントプレート21のディテントスプリング25側には、2つの凹部22、23が設けられる。本実施形態では、ディテントスプリング25の基部に近い側を凹部22、遠い側を凹部23とする。本実施形態では、凹部22がPレンジ以外のNotPレンジに対応し、凹部23がPレンジに対応する。
パーキングロッド31は、略L字形状に形成され、一端311側がディテントプレート21に固定される。パーキングロッド31の他端312側には、円錐体32が設けられる。円錐体32は、他端312側にいくほど縮径するように形成される。ディテントプレート21が逆回転方向に揺動すると、円錐体32がP方向に移動する。
モータドライバ41は、モータ10の各相(U相、V相、W相)への通電に係る駆動信号を出力する。モータドライバ41とバッテリとの間には、モータリレー46が設けられる。モータリレー46は、イグニッションスイッチ等である車両の始動スイッチがオンされているときにオンされ、モータ10側へ電力が供給される。また、モータリレー46は、始動スイッチがオフされているときにオフされ、モータ10側への電力の供給が遮断される。
パラメータ演算部51は、エンコーダ13から出力されるモータ回転角信号SgEに基づき、エンコーダ13のカウント値であるエンコーダカウント値θenを演算する。エンコーダカウント値θenは、モータ10の実際の機械角および電気角に応じた値である。本実施形態では、エンコーダカウント値θenが「モータ角度」に対応する。エンコーダカウント値θenは、モータ回転角信号SgEのエッジ割り込み毎に演算される。
SPm=k/(t(n)−t(n-1)) ・・・(1)
Am=(SPm(n)−SPm(n-1))/Pc ・・・(2)
なお、モータ速度SPmおよびモータ加速度Amは、例えばモータ角度の微分等、どのように演算してもよい。また、演算周期等は、適宜設定可能である。
パラメータ演算部51にて演算された値は、各種制御演算等に用いられる。
目標設定部55は、シフトスイッチ等に基づくドライバ要求シフトレンジ、車速、および、ブレーキスイッチからの信号等に基づき、目標シフトレンジを設定する。また、目標設定部55は、目標シフトレンジに応じ、モータ角度目標値である目標カウント値θcmdを設定する。
駆動制御部56は、エンコーダカウント値θenが目標カウント値θcmdとなる回転位置にてモータ10が停止するように、フィードバック制御等により、モータ10の駆動を制御する。モータ10の駆動制御の詳細は、どのようであってもよい。
なお図2では、煩雑になることを避けるため、一部の制御線を省略している。
本実施形態の目標設定処理を図4に示すフローチャートに基づいて説明する。以下、ステップS101の「ステップ」を省略し、単に記号「S」と記す。
最初のS101では、空走判定部52は、パラメータ演算部51にて演算されるエンコーダカウント値θen、モータ速度SPm、および、モータ加速度Amを取得する。
S104では、空走判定部52は、空走区間であることを示す空走フラグXgata_A、一体回転区間であることを示す一体回転フラグXgata_B、および、計時カウンタのカウント値Ctをリセットする。以下適宜、空走フラグを「フラグA」、一体回転フラグを「フラグB」とする。
S166では、空走判定部52は、空走フラグXgata_Aをリセットし、一体回転フラグXgata_Bをセットする。
S167では、空走判定部52は、空走フラグXgata_Aをリセットする。
S165〜S167の後、図4中のS107へ移行する。
y=ax+b ・・・(3)
y=cx+d ・・・(4)
以下、空走区間におけるモータ速度SPmの近似直線を「近似直線LA」、一体回転区間におけるモータ速度SPmの近似直線を「近似直線LB」と呼ぶ。本実施形態では、近似直線LAが「第1近似線」に対応し、近似直線LBが「第2近似線」に対応する。
S112では、計時カウンタのカウント値Ctをインクリメントする。
S114では、空走判定部52は、近似直線LA、LBの交点を演算する。本実施形態では、モータ速度SPmが変曲点となるタイミングにて空走状態が終了したと判定する。モータ速度SPmの変曲点は、近似直線LA、LBの交点とする。近似直線LA、LBの交点のX座標を「ガタ詰めポイントXX」とすると、ガタ詰めポイントXXは、式(5)で表される。XXが負の値となった場合は、XX=0とする。
XX=(d−b)/(a−c) ・・・(5)
θcmd=θinit+θp+θdet ・・・(6)
なお、近似直線LA、LBを、最小二乗法以外の方法にて導出してもよい。また、線形近似に限らず、二次以上の関数等の近似線を導出し、当該近似線を用いて空走終了を判定してもよい。
時刻x10にて目標シフトレンジが変更されると、通電フラグがセットされ、目標カウント値θcmdが設定され、モータ10の駆動が開始される。ここで設定される目標カウント値θcmdは、仮値θtである。ここでは、モータ10が正方向に回転するものとして説明する。モータ10の駆動が開始されると、エンコーダカウント値θen、モータ速度SPmおよびモータ加速度Amが増加する。
時刻x11にて、モータ加速度Amが第1判定閾値Ath1以上になると、空走フラグXgata_Aがセットされる。空走フラグXgata_Aがセットされている時刻x11から時刻x13の間、(Ct,SPm)に基づき、近似直線LAを更新していく。時刻x13にて、空走フラグXgata_Aがリセットされると、近似直線LAが確定される。
また、目標カウント値θcmdの設定に、出力軸15の回転位置である出力軸角度θsを用いていないので、出力軸15の回転位置を検出する出力軸センサを省略したり、検出精度を緩和したりできる。
これにより、モータ速度SPmおよびモータ加速度Amに基づいて、空走区間および一体回転区間を適切に設定することができる。
モータ速度SPmは、モータ回転角信号SgEのパルスエッジ割り込み毎に演算される。これにより、モータ速度SPmを適切に演算することができる。
本発明の第2実施形態を図7〜図9に示す。
本実施形態では、パラメータ演算部51にて、モータ速度SPmおよびモータ加速度Amに加え、推定負荷トルクTL[Nm]を演算する。推定負荷トルクTLは、式(7)にて演算される。
TL=TM(SPm)−k×Am ・・・(7)
演算された推定負荷トルクTLは、フィルタ処理された値が空走判定に用いられる。以下、推定負荷トルクTLは、フィルタ処理後の値とする。
S201では、空走判定部52は、パラメータ演算部51にて演算されるパラメータを取得する。特に、本実施形態では、推定負荷トルクTLを取得する。
S202では、図4中のS102と同様であって、空走判定部52は、通電フラグがセットされているか否かを判定する。通電フラグがセットされていないと判断された場合(S202:NO)、S203へ移行し、学習フラグXgataをリセットする。通電フラグがセットされていると判断された場合(S202:YES)、S204へ移行する。
S207では、目標設定部55は、角度補正値θp、および、谷谷間角度設計値θdetに基づき、目標カウント値θcmdを演算する(式(6)参照)。
S208では、空走判定部52は、学習フラグXgataをセットする。
時刻x20にて目標シフトレンジが変更されると、通電フラグがセットされ、目標カウント値θcmdが仮値θtに設定され、モータ10の駆動が開始される。ここでは、モータ10が正方向に回転するものとして説明する。モータ10の駆動が開始されると、エンコーダカウント値θen、モータ速度SPmおよびモータ加速度Amが増加する。また、モータ速度の増加に伴い、モータトルクTMは、駆動初期トルクから減少する。
また、時刻x21にて、ガタ空走状態が終了し、モータ10と出力軸15とが一体となって回転するようになると、モータ速度SPmおよびモータトルクTMの変化量が小さくなる。また、モータ加速度Amが小さくなり、推定負荷トルクTLが大きくなる。
図9では、演算遅れ等を無視し、時刻x21にて目標カウント値θcmdが演算されると同時に目標カウント値θcmdが変更されるものとして記載している。なお、目標カウント値θcmdを仮値θtから切り替えるタイミングは、ディテントローラ26がディテントプレート21の山部210を越える前のいずれのタイミングとしてもよい。
推定負荷トルクTLを用いることで、比較的簡素な処理にて、精度よく空走状態の終了を判定することができる。
また、上記実施形態と同様の効果を奏する。
上記実施形態では、モータは、DCブラシレスモータである。他の実施形態では、モータは、例えばスイッチトリラクタンスモータ等、どのようなモータであってもよい。上記実施形態では、モータの巻線組数については言及していないが、巻線組は1組でもよいし、複数組でもよい。
上記実施形態では、モータ回転角センサは、エンコーダである。他の実施形態では、モータ回転角センサは、エンコーダに限らず、レゾルバ等、どのようなものを用いてもよい。すなわち、モータ角度は、エンコーダカウント値に限らず、モータ角度に換算可能などのような値であってもよい。
以上、本発明は、上記実施形態になんら限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の形態で実施可能である。
10・・・モータ 105・・・モータ軸
13・・・エンコーダ(モータ回転角センサ)
15・・・出力軸
40・・・シフトレンジ制御装置
50・・・ECU
51・・・パラメータ演算部
52・・・空走判定部
55・・・目標設定部
56・・・駆動制御部
Claims (5)
- モータ(10)の回転軸であるモータ軸(105)と前記モータの回転が伝達される出力軸(15)との間に遊びが存在するシフトレンジ切替システム(1)において、前記モータの駆動を制御することでシフトレンジを切り替えるシフトレンジ制御装置であって、
前記モータの回転位置を検出するモータ回転角センサ(13)から取得されるモータ回転角信号に基づき、モータ角度、モータ速度、および、モータ加速度を演算するパラメータ演算部(51)と、
前記モータ速度および前記モータ加速度に基づき、前記遊びの範囲内にて前記モータが回転している空走状態の終了を判定する空走判定部(52)と、
空走終了時における前記モータ角度に応じた値である角度補正値を用い、前記モータの駆動制御に係るモータ角度目標値を設定する目標設定部(55)と、
前記モータ角度が前記モータ角度目標値となるように、前記モータの駆動を制御する駆動制御部(56)と、
を備えるシフトレンジ制御装置。 - 前記空走判定部は、
前記モータ速度および前記モータ加速度に基づき、前記空走状態である空走区間、および、前記モータ軸と前記出力軸とが一体に回転している一体回転区間を判定し、
前記空走区間における前記モータ速度の経時変化を表す近似線である第1近似線、および、前記一体回転区間における前記モータ速度の経時変化を表す近似線である第2近似線を導出し、前記第1近似線と前記第2近似線との交点となるタイミングにて、前記空走状態が終了したと判定する請求項1に記載のシフトレンジ制御装置。 - 前記空走判定部は、
前記モータ速度が速度判定閾値より大きく、前記モータ加速度が第1判定閾値以上であるときを前記空走区間とし、
前記モータ速度が前記速度判定閾値より大きく、前記モータ加速度が前記第1判定閾値より小さい第2判定閾値以下であるときを前記一体回転区間とする請求項2に記載のシフトレンジ制御装置。 - 前記空走判定部は、前記モータ速度および前記モータ加速度に基づいて演算される推定負荷トルクが負荷判定閾値より大きいと判断された場合、前記空走状態が終了したと判定する請求項1に記載のシフトレンジ制御装置。
- 前記モータ速度は、前記モータ回転角信号のパルスエッジ割り込み毎に演算される請求項1〜4のいずれか一項に記載のシフトレンジ制御装置。
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